走进科学
作为激光科学基础的经典理论或被改写
萨里大学的开创性研究可能改变了激光科学的基础，从而在经典物理学和量子物理学之间发展出新的关系。
萨里大学的研究员与卡尔斯鲁厄理工学院和德国弗劳恩霍夫IOSB的同事合作，在《量子电子学》期刊上发表了一项全面研究，对已确立60年之久的激光原理和激光光谱理论提出了质疑。
那他们到底研究出了什么？按个人理解，似乎是这样的。
众所周知，激光是高度凝聚的光束。当激光束传播的时候，随着能量减弱，光束就会散开。能量损失和光束的涣散是可以量化的。这之间的公式无疑具有很高，乃至根本上的的应用价值。毕竟激光主要发挥作用的属性就是高能量和精确度，比如考虑一下近视激光手术。
但是，在这项新研究中，研究人员发现，这个线宽控制公式只是一个近似公式。公式背后的机制是不完备的。该团队解释说，光束有一小部分额外的能量损失，和光束发散无关，来自激光输出中不可避免存在的微弱的自发辐射。
导致光束能量损失的机制，有时候是可以利用的，如激光的光耦合，在汽车制造，电信，激光手术，GPS技术中获得了应用。
萨里大学光子学教授Markus Pollnau表示：“自1960年激光发明以来，激光光谱线宽公式已被全世界教科书和大学教学中作为权威的解释，同时，因为必须要用到量子物理，所以在教学过程中提出了非凡的挑战。但如我们在这项研究中的发现，激光光谱线宽公式存在一个简单易懂的推导方法，只需要基础的经典物理学。同时，引用量子物理学的解释反而是不准确的。这一结果具有根本的意义，对激光物理学将有深远影响。”
更多信息： Markus Pollnau等人，Part I: Passive-resonator linewidth, fundamental laser linewidth, and Schawlow-Townes approximation，《量子电子学进展》(2020年)。 DOI：10.1016/j.pquantelec.2020.100255
**按评论区朋友的纠正，ID为统计学家(也是物理学家)：首先激光的线宽 (linewidth) 是一个电磁谱学 (spectroscopy) 的专有名词，指的是这束激光在频域上占的宽度，单位是赫兹，而不是指字面意义上光线的空间宽度。由傅里叶变换的基本性质可知，激光的线宽越窄说明它的时域相干性 (coherence) 越好。
这篇论文“推翻”的是1958年 Schawlow & Townes 的关于一个理想激光(准确地说是激微波, maser) 系统的最小线宽极限的经典理论, 当时原子受激辐射现象与量子力学的关系还没有没彻底理解，所以在成文的时候作者们假设激光系统由必须由受激辐射 (stimulated emission) 提供功率增益。但是其实由于提供受激辐射的系统本身不可避免地自发辐射 (spontaneous emission)，这个线宽极限事实上比由非受激增益过程 (unstimulated gain process) 放大的“激光”宽了两倍。这一点早在1999年就由 Wiseman [2] 发现了，今天这篇paper似乎只是用经典、非量子的理论重新解释了一遍 —— 并不奇怪，毕竟非受激增益并不是一个量子过程；但也不算特别有意思，至少在我看来。
关于非受激辐射产生的相干光到底还能不能叫激光其实至今仍是一个月经话题。Nature 甚至专门发布了一个 checklist [3] 供投稿者自我审阅。
[1] DOI:10.1103/PhysRev.112.1940
[2] DOI:10.1103/PhysRevA.60.4083
[3] ttps://www.nature.com/articles/s41566-018-0131-6
同样给出科普的还有albuswu。